20_063_1 WL rapporten
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN
waterbouwkundiglaboratorium.be
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
Vanlede, J.; Verwilligen, J.; Mostaert, F.
Cover figuur © bron: wikimedia commons Juridische kennisgeving Het Waterbouwkundig Laboratorium is van mening dat de informatie en standpunten in dit rapport onderbouwd worden door de op het moment van schrijven beschikbare gegevens en kennis. De standpunten in deze publicatie zijn deze van het Waterbouwkundig Laboratorium en geven niet noodzakelijk de mening weer van de Vlaamse overheid of één van haar instellingen. Het Waterbouwkundig Laboratorium noch iedere persoon of bedrijf optredend namens het Waterbouwkundig Laboratorium is aansprakelijk voor het gebruik dat gemaakt wordt van de informatie uit dit rapport of voor verlies of schade die eruit voortvloeit. Copyright en wijze van citeren © Vlaamse overheid, Departement Mobiliteit en Openbare Werken, Waterbouwkundig Laboratorium 2021 D/2021/3241/015 Deze publicatie dient als volgt geciteerd te worden: Vanlede, J.; Verwilligen, J.; Mostaert, F. (2021). Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge: Literatuurstudie sedimentatie. Versie 2.0. WL Rapporten, 20_063_1. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen. Overname uit en verwijzingen naar deze publicatie worden aangemoedigd, mits correcte bronvermelding. Documentidentificatie Opdrachtgever: Keywords (3-5): Kennisdomeinen Tekst (p.): Vertrouwelijk:
DMOW-aMT, Havens & Districten Kust Ref.: WL2020R20_063_1 Sedimentatie, sluis, slibvang Hydraulica en sediment > Sediment > Cohesief sediment > Literatuur- en desktoponderzoek 11 Bijlagen (p.): / ܈Nee ܈Online beschikbaar
Auteur(s):
Vanlede, J.
Controle Naam Revisor(en):
Verwilligen, J.
Handtekening Getekend door:Jeroen Verwilligen (Signat Getekend op:2021-02-09 08:41:02 +01:0 Reden:Ik keur dit document goed
Getekend door:Joris Vanlede (Signature) Getekend op:2021-02-16 12:27:22 +01:0 Reden:Ik keur dit document goed
Projectleider:
Vanlede, J.
Goedkeuring Afdelingshoofd:
F-WL-PP10-1 Versie 7 Geldig vanaf 03/01/2017
Mostaert, F.
Getekend door:Frank Mostaert (Signature Getekend op:2021-02-08 17:03:48 +01:0 Reden:Ik keur dit document goed
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
Abstract Deze nota kadert binnen de ondersteuning van Xperta aan aMT voor het complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge, en tracht een antwoord te van de beschikbare kennis rond sedimentatie en saliniteitsgradienten in de voorhaven. Deze nota is aanvullend aan het onderzoek dat gepland staat voor het complex project, en dat staat omschreven in de projectonderzoeksnota
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
III
F-WL-PP10-1 Versie 7 Geldig vanaf 03/01/2017
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
Inhoudstafel Abstract ............................................................................................................................................................ III Inhoudstafel....................................................................................................................................................... V Lijst van de figuren ........................................................................................................................................... VI 1
2
3
Inleiding ..................................................................................................................................................... 1 1.1
Complex Project om de nautische toegankelijkheid van de (achter)haven van Zeebrugge ............. 1
1.2
Voorkeursbesluit en redelijke alternatieven voor de sluis ................................................................ 2
1.3
Sedimentatiestudie voorzien in de PON............................................................................................ 3
Literatuurstudie ......................................................................................................................................... 4 2.1
Sedimentlaag in de haven ................................................................................................................. 4
2.2
Baggerwerken .................................................................................................................................... 5
2.3
Scheepvaartpatronen ........................................................................................................................ 6
2.4
Saliniteit in de haven ......................................................................................................................... 8
2.5
Zoetwater aanvoer in de haven van Zeebrugge ................................................................................ 9
2.5.1
Zoetwater aanvoer in de voorhaven van Zeebrugge (Schipdonk- en Leopoldkanaal) .............. 9
2.5.2
Verwacht densiteitsverschil tussen voor- en achterhaven thv Nieuwe Sluis Zeebrugge .......... 9
2.5.3
Saliniteit in de achterhaven ....................................................................................................... 9
Referenties .............................................................................................................................................. 11
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
V
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
Lijst van de figuren Figuur 1 – Situering van de locatie “Visartsluis”, geselecteerd in het voorkeursbesluit. .................................. 1 Figuur 2 – Mogelijke inrichtingen van de nieuwe zeesluis. ............................................................................... 2 Figuur 3 – Top: Typisch densiteitsprofiel in de haven van Zeebrugge, CDNB; Bottom: ligging van de lichtenlijn ........................................................................................................................................................................... 4 Figuur 4 – Seizoenale variatie in de ligging van de topsliblaag (210 kHz) in het Albert II dok. ......................... 5 Figuur 5 – Overzicht onderhoudsbaggerwerk 1999 – 2011 .............................................................................. 5 Figuur 6 – Wekelijkse baggerintenstiteitskaart voor zone voorhaven in 2002 ................................................. 6 Figuur 7 – Vaartrajecten van de belangrijkste containerschepen en LNG-carriers gedurende augustus – september 2012. ............................................................................................................................................... 7 Figuur 8 – Ontwikkeling van een slibwolk tijdens een scheepsmanoeuvre met behulp van een sleepboot.... 7 Figuur 9 – saliniteit in CDNB op locatie “Stern” (zie Figuur 1)........................................................................... 8 Figuur 10 – Situering van de zoetwateraanvoer in Zeebrugge ......................................................................... 9 Figuur 11 – Conductiviteitprofiel Boudewijnkanaal ........................................................................................ 10 Figuur 12 – Gemeten verticale profielen van saliniteit in 2018 op locaties Herdersbrug en Vandamme sluis ......................................................................................................................................................................... 10
VI
WL2020R20_063_1
Definitieve versie
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
1 Inleiding 1.1 Complex Project om de nautische toegankelijkheid van de (achter)haven van Zeebrugge Momenteel verloopt het scheepvaartverkeer naar de achterhaven louter via de P. Vandammesluis, die vandaag op volle toeren draait. De tweede zeesluis die momenteel toegang biedt tot de achterhaven, de Visartsluis, dateert immers al van 1907 en is sterk verouderd. Zij beantwoordt niet meer aan de noden van de huidige scheepvaart. De P. Vandammesluis is sinds 1984 in gebruik en ondergaat momenteel grote onderhoudswerkzaamheden. Om de P. Vandammesluis op lange termijn in bedrijf te houden, zijn ingrijpende werkzaamheden op middellange termijn noodzakelijk. Voor deze werkzaamheden zal de P. Vandammesluis gedurende langere tijd buiten gebruik gesteld moeten worden met als gevolg dat schutten via de P. Vandammesluis voor enige tijd onmogelijk zal zijn. De realisatie van een tweede volwaardige toegang tot de achterhaven is, rekening houdend met de verdere ontwikkeling van de achterhaven enerzijds en de huidige staat van de P. Vandammesluis anderzijds, meer dan ooit de eerste prioriteit geworden. Op 15 juli 2016 een startbeslissing genomen door de Vlaamse regering, voor de opstart van een complex project om de nautische toegankelijkheid van de (achter)haven van Zeebrugge te verbeteren en naar de toekomst toe te blijven garanderen. Op basis van de verschillende onderzoeken en de resultaten van het gevoerde overleg binnen de onderzoeksfase werd door de Vlaamse regering op 28 juni 2019 (voorkeursbesluit) gekozen voor het alternatief waarbij de nieuwe sluis op de Visartsite ‘huidige locatie’ komt te liggen. Na de goedkeuring van het voorkeursbesluit, volgt de uitwerkingsfase van het complex project. De Projectonderzoeksnota (PON) werd opgesteld en ligt ter inzage tot 10/07/2020.
Figuur 1 – Situering van de locatie “Visartsluis”, geselecteerd in het voorkeursbesluit. (Arcadis, 2020)
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
1
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
1.2 Voorkeursbesluit en redelijke alternatieven voor de sluis de Vlaamse regering heeft op 28 juni 2019 het voorkeursbesluit goedgekeurd, waarbij beslist wordt dat de nieuwe sluis op de Visartsite ‘huidige locatie’ komt te liggen en waarbij de gewestweg “NX” in een tunnel komt te liggen. Ten tijde van de PON, is er naast het basisalternatief nog sprake van één inrichtingsalternatief is voor de sluis, namelijk een zuidelijke verschuiving. Het basis- en inrichtingsalternatief voor de sluis hebben beiden een uitvoeringsalternatief, waarbij de zeewaartse sluiskamer aan de westelijke zijde zit.
Figuur 2 – Mogelijke inrichtingen van de nieuwe zeesluis. Bron: https://www.mow.vlaanderen.be/nieuwesluiszeebrugge/
2
WL2020R20_063_1
Definitieve versie
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
1.3 Sedimentatiestudie voorzien in de PON In de PON (Arcadis, 2020) wordt voorzien dat de aanslibbing in de jachthaven van Zeebrugge modelmatig zal worden bestudeerd. Als bron van sediment wordt daarbij zowel sedimentaanvoer uit de Noordzee, als resuspensie van bodemsediment door schroefwerking in beschouwing genomen. Aangezien de sedimentaanvoer uit de Noordzee niet of nauwelijks zal worden beïnvloed door de bouw van de nieuwe sluis, ligt de nadruk in de PON op de tweede bron, en met name op het begroten van de extra sedimentinput omwille van schroefwerking doordat een groter aantal schepen met gemiddeld grotere afmetingen de sluis zal passeren in vergelijking met vandaag. In de PON wordt volgende methodiek voorgesteld: •
•
Bepalen van brontermen van sediment in de huidige toestand en in de toekomstige toestand op basis van schatting van bodemschuifspanning veroorzaakt door schroefwerking. Voor verschillende waarden van parameters zoals diepgang, vermogen, vaarsnelheid, e.d. kan bepaald worden welke bodemschuifspanning gegenereerd wordt. Aan de hand van deze bodemschuifspanning wordt de sedimentaanvoer van de zachte bodem naar de waterkolom berekend. In een tweede stap wordt deze bron van sediment ingebracht in een grootschalig model voor getijstroming en sediment transport. Dit model kan de advectie, diffusie en afzetting van sediment simuleren, meer bepaald voor de jachthaven van Zeebrugge in dit geval.
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
3
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
2 Literatuurstudie 2.1 Sedimentlaag in de haven Sediment wordt de haven in geadvecteerd vanuit de Noordzee. De piek van sedimentimport ligt van 2u voor HW tot HW. Figuur 3 geeft aan dat er in de voorhaven (CDNB) een slibpakket ligt van enkele meters dik. Verder is het ook duidelijk dat er in de haven voldoende weinig geconsolideerd slib aanwezig is (densiteit rond de 1100 kg/m³) om opwoeling door schroefwater mogelijk te maken, zoals wordt voorgesteld om te onderzoeken in de PON.
Figuur 3 – Top: Typisch densiteitsprofiel in de haven van Zeebrugge, CDNB; Bottom: ligging van de lichtenlijn (Vanlede et al, 2019)
4
WL2020R20_063_1
Definitieve versie
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
Figuur 4 toont een interessante seizoenaliteit die is waargenomen in de ligging van de top van de sliblaag in het Albert II dok. In de winter is dit een vlak oppervlak, terwijl er in de zomer een hoogteverschil van 1m (helling 1/400) wordt geobserveerd. Dit effect is nog niet volledig begrepen, maar een mogelijke hypothese is de seizoenale variatie van de sterkte van het slib (slappere sedimentlagen spreiden beter uit in de winter). Een alternatieve hypothese is de seizoenale variatie in vlokgrootte van het sediment, die leidt tot grotere vlokken in de zomer, die mogelijk dichter tegen de ingang van het Albert II dok uitzakken (Vanlede et al., 2019). Verder onderzoek is hier nodig om het systeem beter te begrijpen.
Figuur 4 – Seizoenale variatie in de ligging van de topsliblaag (210 kHz) in het Albert II dok. Voor de coördinaten langs de lichtenlijn, zie bottom panel van Figuur 3. (Vanlede et al., 2019)
Dit resultaat heeft een implicatie voor het sedimentvraagstuk van de NSZ, met name dat het sediment naar analogie met het geobserveerde gedrag in het Albert II dok, waarschijnlijk dieper de haven indringt in de winter dan in de zomer. Dat zou willen zeggen dat de sedimentatie in de achterhaven mogelijk meer speelt in de winter dan in de zomer.
2.2 Baggerwerken Dujardin et al. (2016) presenteren een analyse van de onderhoudsbaggerwerken in Zeebrugge over de periode 1999-2011. De baggerwerken worden geaggregeerd in twee deelzones: Centraal Deel Nieuwe Buitenhaven (CDNB) en Voorhaven. De som van beide geeft het totaal aan baggerwerken dat binnen de havendammen van Zeebrugge wordt uitgevoerd.
Figuur 5 – Overzicht onderhoudsbaggerwerk 1999 – 2011(Dujardin et al., 2016)
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
5
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
De jaargemiddelde baggerintensiteit is 5,3Mton/jaar, verdeeld over het CDNB (48%) en de Voorhaven (52%). Dit komt overeen met een gemiddelde baggerhoeveelheid van 15.000 TDS/dag. Dujardin et al. (2016) produceerden ook wekelijkse baggerintensiteitskaarten, gebaseerd op de informatie uit BIS (Bagger Informatie Systeem). Deze data werd echter enkel geagregeerd verwerkt voor de volledige voorhaven. De kaarten werden enkel aangemaakt voor een visuele data inspectie. Inspectie van de kaarten leert dat de zone voor de Visart sluis slechts sporadisch (5 a 10 weken per jaar) deel uitmaakte van de baggetrack.
Figuur 6 – Wekelijkse baggerintenstiteitskaart voor zone voorhaven in 2002
2.3 Scheepvaartpatronen Gezien de geringe densiteit van de bovenkant van de sliblaag in Zeebrugge (zie §2.1) is het niet verwonderlijk dat het schroefwater van manoeuvrerende schepen en/of sleepboten voldoende bodemschuifspanning genereert om sediment te re-suspenderen in de waterkolom. Uit de analyse van AIS data in Dujardin et al. (2014) weten we dat containerschepen regelmatig de route bevaren tot aan de locatie van de nieuwe sluis. Dit effect kan dus zorgen voor sediment redistributie van de voorhaven richting de sluis.
6
WL2020R20_063_1
Definitieve versie
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
Figuur 7 – Vaartrajecten van de belangrijkste containerschepen en LNG-carriers gedurende augustus – september 2012. Blauw: containerschepen met bestemming Albert II-dok; Groen: containerschepen met bestemming Oostkaai; Rood: LNG-carriers (Dujardin et al, 2014)
Anekdotisch bewijs (zie Figuur 8) bevestigt dat schepen inderdaad de sliblaag op de bodem kunnen omwoelen.
Figuur 8 – Ontwikkeling van een slibwolk tijdens een scheepsmanoeuvre met behulp van een sleepboot(Dujardin et al, 2014)
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
7
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
In Antea Group (2015) werd de interne dynamiek van het slib in de haven onderzocht voor de periode april 2013 – maart 2014. Voor de scheepspassages kon geen eenduidig verband worden aangetoond; in zones waar veel scheepsmanoeuvres worden uitgevoerd (ingang Albert II-dok, LNG-terminal) komt tot 28% van de pieken in sedimentconcentratie overeen met een scheepspassage.
2.4 Saliniteit in de haven Figuur 9 toont de saliniteit in de haven zoals bemeten in de periode april 2013 tot maart 2014. Het toont een havenbekken dat goed verticaal gemengd is (klein verschil tussen bovenste en onderste sensor). De sensoren waren gemonteerd nabij de bodem (+/- 2m boven bodem) en nabij LW (+/- 2m onder LW).
Figuur 9 – saliniteit in CDNB op locatie “Stern” (zie Figuur 1). Bron: Antea group (2015)
8
WL2020R20_063_1
Definitieve versie
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
2.5 Zoetwater aanvoer in de haven van Zeebrugge
Figuur 10 – Situering van de zoetwateraanvoer in Zeebrugge
2.5.1
Zoetwater aanvoer in de voorhaven van Zeebrugge (Schipdonk- en Leopoldkanaal)
De uitwateringsconstructie te Heist regelt het debiet vanuit het Afleidingskanaal van de Leie (of Schipdonkkanaal) en vanuit het Leopoldkanaal (voor de afwatering van de noordelijke polders). Debieten door deze kanalen kennen een gepiekt verloop, met piekdebieten boven de 30 m³/s. Bij die piekdebieten gebeurt de lozing in het tijvenster waarin de waterstand op zee lager is dan de waterstand in het kanaal. Uit metingen weten we dat gedurende periodes van hoge zoetwaterafvoer in de voorhaven (>10 m³/s) er stratificatie optreedt nabij het wateroppervlak, waarbij ongeveer de bovenste meter van de waterkolom zoeter wordt. Deze stratificatie dissipeert vanzelf door verticale menging binnen de 6 a 8u. Deze zoetwateraanvoer draagt verder niet bij tot de import van sediment vanuit de Noordzee. (Vanlede et al., 2019) 2.5.2
Verwacht densiteitsverschil tussen voor- en achterhaven thv Nieuwe Sluis Zeebrugge
Vercruysse et al. (2019) analyseerden nieuwe en bestaande meetgegevens om het saliniteitsverschil te bepalen tussen voor- en achterhaven ter hoogte van de nieuwe sluis Zeebrugge (locatie Visartsluis). Uit de analyse van de vier beschikbare profielmetingen in de achter- en voorhaven volgt een densiteitsverschil 1.0 kg/m³ tot 3.0 kg/m³ tussen voor- en achterhaven. 2.5.3
Saliniteit in de achterhaven
De achterhaven staat in open connectie met het (verzilte) Boudewijnkanaal. De achterhaven en het Boudewijnkanaal worden op peil gehouden door middel van een afvoerkoker gelegen naast de
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
9
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
Vandammesluis. Het Boudewijnkanaal wordt van zoet water voorzien via schuttingen en spui-events van de Verbindingssuis (Brugge) en door middel van lozing van water uit het R.W.Z.I Brugge. Het Boudewijnkanaal is verzilt, en toont een sterke stratificatie aan de afwaartse kant (achterhaven Zeebrugge)
Figuur 11 – Conductiviteitprofiel Boudewijnkanaal (De Breuck et al., 1992)
Deze stratificatie werd ook gemeten door WL tijdens meetcampagnes in 2018 (Vercruysse et al., 2019). Locatie Herdersbrug is gelegen op het Boudewijnkanaal, 6.3km opwaarts van de Visartsluis.
Figuur 12 – Gemeten verticale profielen van saliniteit in 2018 op locaties Herdersbrug en Vandamme sluis (Vercruysse et al., 2019)
10
WL2020R20_063_1
Definitieve versie
Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge Literatuurstudie sedimentatie
3 Referenties Antea Group (2015). Onderzoek en monitoring alternatieve stortstrategie onderhoudsbaggerwerk voorhaven Zeebrugge 2013 – 2015 (16EF/2011/28). Studie invloed externe factoren op interne slibdynamiek in de haven (Deelopdracht 3).Rapport 2246393017-DO3. Arcadis (2020) Complex project Nieuwe Sluis Zeebrugge. Verbetering nautische toegankelijkheid tot de (achter)haven van Zeebrugge. Projectonderzoeksnota. Versie 1.4 – 02 juni 2020 De Breuck, W.; Vercruysse, M.; Monteyne, J. (1992). Verzilting van het Boudewijnkanaal. Centrum voor de Studie van Water, Bodem en Lucht: Gent. v, 45 pp. Dujardin, A.; Vanlede, J.; Vos, S.; Verwaest, T.; Mostaert, F. (2014). Invloedsfactoren op de ligging van de top van de sliblaag in het CDNB: Deelrapport 1 – Casestudy “zomer 2012”. Versie 2.0. WL Rapporten, 00_078. Waterbouwkundig Laboratorium & Antea Group: Antwerpen, België. Dujardin, A.; Vanlede, J.; Van Hoestenberghe, T.; Verwaest, T.; Mostaert, F. (2016). Invloedsfactoren op de ligging van de top van de sliblaag in het CDNB: Deelrapport 2 – Analyse periode 1999-2011. Versie 5.0. WL Rapporten, 00_078. Waterbouwkundig Laboratorium & Antea Group: Antwerpen, België. Vanlede, J.; Dujardin, A.; Fettweis, M.; Van Hoestenberghe, T.; Martens, C. (2019). Mud dynamics in the Port of Zeebrugge. Ocean Dyn. 69(9): 1085–1099. doi:10.1007/s10236-019-01273-3 Vercruysse, J.; Vanderkimpen, P.; Claeys, S.; Mostaert, F. (2019). Complex project nieuwe sluis Zeebrugge: Opmeten densiteitsverschil tussen voorhaven en achterhaven. Versie 4.0. WL Rapporten, 18_041_1. Waterbouwkundig Laboratorium: Antwerpen.
Definitieve versie
WL2020R20_063_1
11
DEPARTEMENT MOBILITEIT & OPENBARE WERKEN Waterbouwkundig Laboratorium Berchemlei 115, 2140 Antwerpen T +32 (0)3 224 60 35 F +32 (0)3 224 60 36 waterbouwkundiglabo@vlaanderen.be www.waterbouwkundiglaboratorium.be